Wenn Chirurgen ersetzen Teil eines Blutgefäß—etwas, was Sie tun, der in jährlich 450.000 Patienten pro Jahr in den Vereinigten Staaten zur Behandlung von Blutgerinnseln, Herzerkrankungen, Schlaganfall Schäden und mehr—die transplantierten Behälters überwacht wird, indem Sie CT-scans, Ultraschall-und andere teure bildgebende Verfahren. Trotz all dieser Anstrengungen, zwischen 40% und 50% der Transplantate ausfallen.
Das ist ein Grund, University of Wisconsin–Madison materials science Ingenieure entwickeln eine neue, 3-D-gedruckte künstliche Blutgefäß ermöglicht ärzten und Patienten, zu halten Registerkarten auf Ihre Gesundheit aus der Ferne.
Die implantierbare Gefäß, hergestellt aus einem flexiblen Verbundmaterial und in der Lage, Echtzeit-überwachung, ist beschrieben in einer neuen Studie veröffentlicht in der Zeitschrift Advanced Functional Materials von UW–Madison professor Xudong Wang und Doktoranden-Jun Li.
„Das künstliche Gefäß kann produzieren elektrische Impulse basiert auf der Druckschwankung in der Lage zu sagen, genau den Blutdruck im Gefäß ohne zusätzlichen Stromanschluss“, sagt Wang. „Und wegen der 3-D-geometrie, der elektrischen pulse-Profil wird in der Lage sein zu sagen, ob es eine unregelmäßige Bewegung durch Blockade innen in den sehr frühen Stadien.“
Das artery-Projekt stammt von Wang long-term research, Interesse an neuen weichen, flexiblen Materialien, die piezoelektrische (in der Lage zu produzieren eine elektrische Ladung von der mechanischen Belastung) und biokompatiblen (in der Lage zu sein, in den menschlichen Körper, ohne dass die Ablehnung oder der Beschädigung).
Das team kombinierte Natrium Kalium niobite piezokeramischen Nanopartikel mit einem polymer-Polyvinylidenfluorid, die ferroelektrische, oder in der Lage, flip-Polarität, wenn ein elektrisches Feld angewendet wird. Sie druckte dann eine rohrförmige Arterie mit dem material und ein off-the-shelf 3-D-Drucker. Der Drucker extrudiert das material durch ein starkes elektrisches Feld in der Nähe der Düse zum polarisieren der Keramik-Teilchen, die die Struktur seiner piezoelektrischen Eigenschaft.
Li legte die künstliche Arterie auf Herz und Nieren, Einhaken es bis zu einem künstlichen Herz system vor der Simulation Verstopfungen, Bluthochdruck und anderen Themen, die das Gesicht der künstlichen Blutgefäße. Die self-powered-material war in der Lage, richtig zu erkennen, änderungen in Kraft, und der Druck innerhalb der Arterie.
Die Forscher nächste Schritt ist die Optimierung der Produktion der neuen ferroelektrischen composite-und die 3-D-Druckverfahren. Das team will auch Wege zu finden, um die gedruckten 3-D-Struktur noch empfindlicher, und plant, gemeinsam mit Forschern im biomedizinischen Bereich zu testen, die Arterie mit noch mehr realistische Modelle des Herz-Kreislaufsystems.
Zusätzlich, Sie hoffen darauf, das neue material zu drucken künstliche Herzklappen. Ersatz-Herzklappen sind in der Regel entweder mechanisch oder von menschlichen oder tierischen Spendern, und niemand integrieren, der Typ von self-monitoring finden sich in Wang ‚ s material. Das team umfasst Mitarbeiter aus der UW–Madison School of Medicine und der Öffentlichen Gesundheit und der Zhejiang Universität in China, glaubt, dass in der Zukunft kann es möglich sein, an die ferroelektrische biomaterial-und 3-D-Drucker zu erstellen, der andere Brauch, künstliche Organe.
Während die Forscher arbeiten auf viele andere Arten von künstlichen Blutgefäßen und Organen, Wang meint, diese Technik hat einige Vorteile gegenüber komplizierteren Techniken.